Elementos de acero

Industriales. Cargas. Conexiones. Agujeros alternados. Placa: tensión. Juntas. Armaduras. Soldaduras

  • Enviado por: Luis Alberto Hernández
  • Idioma: castellano
  • País: México México
  • 37 páginas

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UNIDAD I

Especificaciones:

El diseño esta regido por normas y especificaciones (guía para el proyectista), para la buena práctica de la ingeniería.

Reglamento:

Especifica cargas de diseño, esfuerzos de diseño, tipos de construcción, calidad de los materiales.

Instituciones:

AISC, ASTM, AASHTO.

Montaje:

Ensambles, el elemento se marca en taller y el montaje se realiza en planos que muestran la posición de las piezas.

Proyectista Estructural:

  • Funciones

  • Trazo general de la estructura

  • Estudio de las formas estructurales

  • Condiciones de carga

  • Análisis de esfuerzos y deflexiones

  • Diseño de piezas

  • Preparación de planos

  • Objetivos:

  • seguridad: soportar las cargas

  • las deformaciones y vibraciones no sean excesivas

  • Costos: uso de perfiles estándar

  • uso de conexiones simples

    Cargas :

    La tarea más importante de un diseñador es estimar con precisión las cargas que recibirá una estructura durante su vida útil.

    Tipos de cargas:

  • Muertas

  • Vivas: lluvias, nieve, hielo, etc.

  • Accidentales: viento, sismo.

  • Longitudinales: freno brusco, choques, grúas viajeras

  • Otras: presión del suelo, hidrostáticas, explosivas, cambios de tiempo, fuerzas centrífugas.

  • Métodos de diseño:

  • Elástico: esfuerzos permisibles de trabajo

  • Plástico: diseño ultimo, al limite, al colapso.

  • UNIDAD II

    CONEXIONES

    a) Remachadas

    Concepto de área neta (An)

    An = AB- Ab

    Ejemplo

    Calcular el An de

    1 perno de ø = 5/8

    An = AB-#P(øb)tpl tpl = espesor de la placa

    An = 10” * ½” - 1 (5/8+1/16) (1/2)

    An = 4.65 in.

    LÍNEAS DE FALLA


    O ! falla por A-B-C-D

    O ! falla por E-F-G-H

    Pero nunca simultaneas


    Ejemplo:

    Determine An

    Líneas de falla

    4 pernos de ø = 7/8

    An = (12” * 3/8”) - 2 (7/8” +1/16”) (3/8”)

    An = 3.79 in2

    Nota : cuando las placas son de diferentes espesores se tomara el menor espesor porque es más fácil que esta se fracture.

    AGUJEROS ALTERNADOS

    Ejemplo:

    S = paso = 10 cm.

    Øpernos = 2.54 cm

    Solución a)

    línea de falla A-B-E

    An = (30 * 1.27) - (2.54+0.16)(1.27) = 34.67 cm2

    Solución b)

    Línea de falla A-B-C-D

    Ejemplo:

    Calcular el An de la conexión


    Manual

    Perno Máximo

    Para la IR =3/4

    AIR = 41.9 cm2

    e = tf =0.85 cm

    df = 12.7 cm como la placa es mas gruesa y no va a fallar y

    el área del IR es menor y es la que trabaja se

    toma esta.

    An = 4.19 - 4(1.9 + 0.16))0.85)

    An = 34.89 cm2

    Nota para diseño

    Separación mínima ! barreno y barreno = 3øb

    Distancia máxima al borde de PL =12 tpl sin exceder 15 cm

    Separación máxima =

    TENSIÓN EN LA PLACA

    Los remaches permanecen

    Esfuerzos en conexiones remachadas

    1) Cortante simple Fv =

    2) Esfuerzos por aplastamientos fapl =

    3) Tensión ft =

    Ejemplo

    3 pernos ø =3/4

    0.785 ! área de un circulo es un factor

    1) fv =

    2) fapl = !Aapl = #r(dp x tpl)

    3)

    An = (13” x 3/4”) - 3(3/4” +1/16”)(3/4”)

    An = 7.171 in2

    ft =

    ESFUERZO DE TRABAJOS

    fv = 1054 kg/cm2 ! 15,000 Lb/Plg2

    fapl = 1.35 fy ! fy =2530

    ft =1518 kg/cm2 ! 22000 Lb/Plg2

    Ejemplo:

    Para la conexión indicada determine su capacidad considerando especificaciones del AISC

    Solución

    a) Corte simple

    fv = Fv x Av = 1054(4)(0.785 x 1.92) =11,947 kg ! RIGE

    b) Aplastamiento

    fapl =fapl x Aapl = 1.35(2530)(4)(1.9 x 1.9) = 49,319 kg.

    c) Tensión

    ft = ft x An =1518 x 30.78 = 46,724 k.

    An = AB-#(ø+1/16”)

    An = 8 * 3/4" -4(3/4”+1/16”)(3/4”)

    An = 30.78

    JUNTAS A TOPE

    a) Esfuerzos a cortante

    fv =

    b) Aplastamiento

    fapl =

    c) Tensión

    ft =

    Ejemplo:

    Para la conexión mostrada determine el numero de remaches de ¾ necesarios para soportar la carga aplicada.

    Sumando los espesores

    2(1/4) = 1/2"

    1/2 Vs 3/8 !se toma el menor

    Determinar la capacidad de un remache de 3/4

    a) Cortante Doble

    Fv = P = 2 fv x Av =2(1054)(1)(0.785 x 1.92) =5,973 kg. ! RIGE

    b) Aplastamiento

    fapl = ; P =fapl x Aapl = 1.35 (2530)(1.9 x 3/8) = 6,164 kg

    c) Tension

    ft = ! No tenemos ancho de placa

    N=

    1

    2

    Para saber cual utilizar (sí soporta la tensión)

    Placa 1

    An =28.5 x 0.95-2(1.9+0.16)(0.95) =23.16 cm2

    Por tensión

    1518 (23.16) =35,158 kg ! aguanta la carga de 35000 kg.

    Placa 2

    An = 32.42 x 0.95 -3(1.9+0.16)(0.95) = 24.92

    1518 (24.92) = 37840.70 ! se excede demasiado

    M =

    M=

    La fuerza en cada remache es

    r1=

    Ejemplo:

    Indique si la conexión es satisfactoria

    M = Pe

    M = 30 Klb. X 6” =180 Klb x in

    X = 1.5”

    Y = 4.5”

    para el otro caso

    Para el 1° remache

    El mas alejado al C.G. trabaja mas

    2.5+3.75=6.25

    r =

    f =

    esfuerzo cortante permisible fv =1054 kg/cm2 ! 15 Klb/Plg2

    12.43 Klb/Plg2 < 15 Klb/Plg2 si es satisfactorio

    si se pasa el 1° termino truena

    En un diseño también se debe evaluar la carga de 30 Klb.

    Ejemplo:

    Determinar la junta de la armadura

    Datos manual

    Sujetador superior ø = 1”

    Sujetador horizontal ø = 7/8

    An = 15.24 x 1.27 -2(2.54 + 0.16) 1.27 = 12.49 cm 2

    r =

    An = AB-Ab

    AB = An + Ab

    AB(PL-2) = 33.62 cm2 +2(2.22+0.16)(1.6) =36.35 cm2

    Calculo de los remaches

    a) Corte doble

    Fv = P = 2 fv x Av = 2(1054)(1)(0.785 x 2.542) =10,676 kg. remaches

    b) Aplastamiento verticales

    f = ; Pperno = 1.35 fv x Aapl = 1.35(2530)(1)(2.54 x 1.27) = 11,017 kg.

    a) Corte simple

    Pperno= fvAv = 1054(1)(0.785 x 2.222) =4,077 kg.

    remaches

    b) Aplastamiento horizontales

    Pperno = 1.35 (2530)(2.22 x 1.6) =12.131 kg.

    a) Cortante

    2(10,676)+2(4,077) = 29,506 ! RIGE

    b) Aplastamiento

    2(11,0171)+2(12,131) = 46,226

    para acomodar los remaches

    Nhilera =

    Revisión

    a) cortante doble + simple

    6(10,676)+6(4,077) = 88,518 > 70,000

    CONEXIONES ATORNILLADAS

    Tornillos A-325-AR

    Fabricación

    Ø

    1/2

    5/8

    3/4

    7/8

    1

    11/8

    11/4

    13/8

    11/2

    pulgadas

    T

    12

    19

    58

    39

    51

    56

    71

    85

    103

    Klb.

    Ariete (torquimetro)

    Al 70 %

    Trabajo estructural de las conexiones

  • fricción

  • aplastamiento

  • Los esfuerzos de cortantes son los mismos que los de remaches. En una junta atornillada hay un 25 % de ahorro de peso comparado con los remaches.

    CONEXIONES SOLDADAS

    40000° C temperatura de soldado

    La soldadura que vamos a utilizar será la soldadura de arco.

    Soldadura de arco: es aquella que sale de un electrodo en forma de chispa a las piezas que se sueldan. La corriente puede ser alterna o continua.

    Tipos de corrientes

    Tipos de soldaduras (clasificación)

    Las que más se usan en los edificios en el diseño de acero son:

    1.- E-7018

    2.- E-6010

    este tipo de soldadura se combina bien con el A-36

    clasificación de la AWS

    E-7018

    E-6010

    Los dos primeros números se refieren a la resistencia

    Ejemplo: 70,000 Lb/Plg2

    El tercer numero se refiere a la posición de la soldadura

    Ejemplo: hay soldaduras a) planas

    b) verticales

    c) sobrecarga

    También indica la polaridad

    El cuarto numero indica la corriente: CA o CC

    Inspección

  • Líquidos penetrante

  • Radiografías

  • Pruebas ultrasónicas

  • Partículas magnéticas

  • Símbolos

    Soldadura de ¼ de filete y 6” de longitud

    Soldadura con intervalos de 8” a C a C

    Soldadura de campo

    TIPO DE CONEXIÓN

    • Tope

    • Traslapadas

    Análisis

    Requisitos

    1.- fs = 22,000 Lb/Plg2 ! 1475 kg/cm2

    2.- Longitud máxima de soldadura = 4 veces la dimensión del filete

    3.- El grueso máximo del filete = tpl -1/16”

    es = tpl - 1/16

    4.- Para placas de ¼ el filete es de ¼ (espesor)

    5.- Cuando haya remates serán igual a 2 veces el filete (mínimo un cm.)

    Cual es la capacidad de la conexión que se indica en el dibujo si se utilizan especificaciones de AISC, AWS, A-36, soldadura E-70 y una soldadura de filete.

    P = ?

    E -7018

    A-36

    AISC

    AWS

    Solución:

    Tensión placa

    P = fa =22,000 x 10 x ½”= 110,000 Lb

    Tensión soldadura

    es =1/2 + 1/16 = 7/16

    g = 0.7071 (7/16) =0.309

    P = 21,000 x 0.309 x 24” =155736 Lb.

    Otra forma:

    La capacidad de un filete de 1/16 de una pulgada de longitud es

    1/16(0.7071)(1)(21,000) = 928 Lb/Plg.

    La capacidad total

    928 x 7 x 24 = 155736 Lb.

    P = 165.15 Kg/cm x 60.96 x 7 =70,470 kg.

    ARMADURAS

    Utilice acero A-36 y soldadura E-70 para diseñar la altura de filete en los lados y extremos de un ángulo de (6 x 4 x ½) que trabaja como tirante a su capacidad permisible y esta conectado a una placa con el lado mayor recargado en ella.

    Ppermisible = ft A

    Ppermisible = 1518(30.65) = 46.53 ton.

    P1 =

    Capacidad de soldadura de 1/16 = 928 Lb/Plg.

    Para 7/16 = 165.15 x 7 = 1156.05

    (7/16 x 2)(2.54) = 2.22 !26.91-2.22 = 24.69

    (7/16 x2)(2.54) = 2.22 !13.3-2.22 = 11.08

    Comprobación

    P = ?

    L =26.91 cm de soldadura

    es = 7/16

    fs = 1475 kg/cm

    f =

    P = fs x g x L

    P = 1475 (0.7071)(7/16 x 2.54) (26.91) = 31188.7 kg. !31.18 Ton.

    Determine el espesor de soldadura necesario para aplicarse en una viga con cubre placa

    Ix = 55359 cm4

    IT =

    IT = 91,668 cm4

    Q = área patín x centroide a la placa

    Q = (25.98 x 0.95)(27.12)

    Q = 669.35 cm3

    V= por los dos cordones de soldadura o 128.48 por cordón

    es=

    se utiliza 5/16 ya que con esta cumple

    con 7/16 se queda muy sobrada

    SOLDADURAS SUJETAS A CARGA EXCÉNTRICA

    El punto mas alejado del centro de gravedad es el que recibe mas carga

    

    ÿ

    Ejemplo

    Para solucion del problema se aumenta 1” de soldadura

    ÿ = 104 pulg.

    ÿ =

    e =3.6+7.87 =11.47

    M=Pe =22 x 11.47 =253.34

    

    ÿ

    Para obtener la capacidad se multiplica por 16 ya que 928 esta dado solo para 1/16

    es = tpl - 1/16 ! tpl+1/16

    tpl =1/4+1/16 =5/16 ! espesor de la placa sobre la que se va a apoyar la carga

    Para saber si aguanta la placa

    A = 4 x 5/16 = 5/4

    > 22,000

    UNIDAD III

    TENSIÓN Y COMPRESIÓN

    A) Tension

    Requisitos :

    Ejemplo:

    Tensión =200 ton. ó 200000 kg.

    L = 9 mts.

    IR = ?

    An = 149.7-4(1.9+0.16)(1.87)

    An = 134.29 cm2 > 131.75 cm2 si cumple

    Si se pide usar LD

    no se encontro area la máxima es de 5/8

    Se tomaran dos CE

    A = 75.3

    CE (381 x 59.1)

    Ix =14,300

    Iy = 364

    ÿ =1.97

    1.27 = longitud de la placa

    2 tornillos ø = 3/4 ! diámetro permisible

    IxT = 2 (19,300) + 0 =38,600

    IyT =

    264 > 200 no cumple se tiene que proponer un IR o colocarlos

    Se seleccionaron 2 CE (12 x30) colocados frente a frente para soportar una presion de 328 Klb. Si la longitud es igual a 30 pies y se usan 2 tornillos en cada patin para conectarse con el apoyo.

    Indique si es adecuado ese perfil

    T = 328 Klb

    L = 30 ft

    2 CE (12 x30)

    pernos = 7/8 «  en cada patin

    Datos

    A = 59.9 cm2 ! 8.81 in2

    ÿ = 1.71 cm2 ! 0.67 in2

    Ix = 6742.9 cm4 !162.01 in4

    Iy = 213.94 cm4 !5.14 in4

    tf = 1.272 cm ! 0.5 in

    An = (2 x8.81)-(0.875+0.06)(0.50) =15.76 in2

    P = fs x An =22,000(15.76) = 347.2 Klb > 328 Klb

    Ix = 2(162.01) =324 in4 ! RIGE

    Iy = 2 (5.14) + (2 x8.81) (10.66) = 2012.54 in 4

    < 200 si cumple

    Elementos a compression

    K = 1 doblemente articulada

    K= 0.65 doble empalme

    K = 0.8 articulado-empotrado

    Ejemplo:

    Determine Pa

    Datos:

    K = 0.65

    K = 3 mts.

    ÿ =1.397 cm

    Ix = 812.9 cm4

    Iy = 53.3 cm4

    A = 29.42 cm2

    =

    DISEÑO DE COLUMNAS

    Datos:

    L = 3.50 mts

    K = 1 OR

    P = 150 T.

    Tubo cuadrado se propone

    Solucion:

    Proponer Fa =1200 kg/cm2 ! recomendable

    Ejemplo

    P = 150 T.

    L = 3.50 m

    K= 1

    Proponer 4 LI

    LI(5 x 3/8)

    A = 23.29 cm2

    Ix = Iy =368.8 cm4

    =ÿ=3.53 cm

    IyT = IxT = 4(363.8) + 4(23.29 x 16.472) =26.725 cm4

    134.3 Ton < 150 Ton

    No cumple proponer otro LI

    Solucion probable

    LI(5 x 7/16)

    Si las columnas quedan dentro de un muro de tal modo que la columna este integramente apoyada en su dirección de su lado debil se podra usar y compara sus Ix y Iy.

    El lado debil de una columna es aquel cuando por su apoyo

    Ejemplo:

    Un IR(peralte igual a 12”) soporta una carga de 180 T. Se considera que la columna tiene una longitud efectiva respecto a su eje mayor o fuerte de 7 mts. y de 5 mts. para su eje debil. Indique usted si el perfil es adecuado.

    P =180 Ton.

    L =7 m k=1

    L =5 m k= 0.8

    Solucion:

    Se utiliza el mayor en este caso ya que se requiere proteger en esta dirección.

    De la tabla de esfuerzos

    fa = 1133 kg/cm2

    Pa = 1133(149.7)

    P = 169.7 Ton. < 180 Ton. NO CUMPLE

    Se propone otro perfil

    188.32 Ton. > 180 Ton. Si cumple

    ARMADURAS

    Tipo de armaduras

    Prah

    Warren

    Fink

    Howe

    Arco

    Tijera

    Seleccion de la armadura

    Depende:

  • claro

  • carga

  • cubierta

  • clima

  • iluminación

  • aislamiento

  • ventilación

  • declibe

  • fabricación

  • transporte

  • estetica

  • tipos de apoyo

  • Peso estimado de armaduras

  • el peso aproximado es igual al 10 % de la carga que soporta

  • para claros de 12 mts. y 15 mts. y un peralñte con respecto al claro de un tercio hasta ¼. El peso varia de 10 a 12 jg/m2

  • por cada 2.5 mts. de incremento del claro aumentar 1 kg/m2

  • Cargas que gravitan

  • C. M. (peso armadura, cubierta)

  • C. N. (carga de nieve, granizo)

  • C. V. (carga de viento)

  • Nota: En regiones donde no hay nieve la c, viva es la de operarios y herramientas.

    P = 0.005 C x V2 ! Analisi de la presion por velocidad

    Donde

    V = velocidad de viento (80 Km/hr.) !se debera usar la regionalizacion del pais

    C = factor que toma en cuenta la dirección del viento

    Ejemplo:

    Determine las fuerzas máximas de diseño y proponga perfiles a cada uno de los miembros de la estructura considerando la siguientes consideraciones de carga.

    Solucion:

    a) carga muerta

    Peso de la armadura = 5 x 18 x 13.42 =1207 lb

    Peso de la cubierta = 15 x 18 x 13.42 = 3623 lb

    4 largueros = 594 lb

    Peso por tablero = 5424 lb

    b) Carga de nieve

    peso por tablero = 20 x 12 x 18 = 4.32 Klb

    c) Carga de viento

    carga por barlovento = 4.2 x 13.42 x 18 =1.02 K

    carga por sotavento = 9 x 13.42 x 18 =2.18 Klb

    Combinación de cargas

    Elemento

    cargas

    Combinación de cragas

    CARGA DE DISEÑO

    Carga muerta

    Carga de nieve

    ½ carga de nieve

    Carga de viento izq.

    C.M + C.N.

    ¾ (C.M. +C.V)

    C.M +1/2 C.N+3/4 C.V

    L0L1

    +27.1

    +21.6

    +10.8

    -4.73

    +48.70

    +16.77

    +34.35

    +48.78

    L1L2

    +27.1

    +21.6

    +10.8

    -4.73

    +48.70

    +16.77

    +34.35

    +48.70

    L1L3

    +27.1

    +17.28

    +8.64

    -3.57

    +38.98

    +13.60

    +27.66

    +38.98

    L0V1

    -30.2

    -24.1

    -12.05

    +7.25

    -59.30

    -17.21

    -38.61

    -54.30

    V1V2

    -24.2

    -19.3

    -9.65

    +6.46

    -43.50

    -13.30

    -29.00

    -43.50

    V2V3

    -18.2

    -14.5

    -7.25

    +5.76

    -32.70

    -9.33

    -21.13

    -32.70

    V1L1

    0

    0

    0

    0

    0

    0

    0

    0

    V1L2

    -6.1

    -4.8

    -2.40

    +1.30

    -10.9

    -3.60

    .7.52

    -10.9

    V2L2

    +2.7

    +21.6

    +1.08

    -0.58

    +4.86

    +1.60

    +3.34

    +4.86

    V2L3

    -7.6

    -6.1

    -3.05

    +1.66

    -13.7

    -4.45

    -9.40

    -13.7

    V3L3

    +10.8

    -8.64

    +4.32

    -3.59

    +19.44

    +5.40

    +12.42

    +19.44

    Columnas sujetas a flexo-compresion

    a) flexo unidimesional

    Ejemplo:

    P = 50 Ton.

    M =10 T*m

    Elementos de acero